5G 그 이상

멀티미디어 스트리밍, 사물 인터넷, 클라우드 컴퓨팅과 같은 고대역폭 애플리케이션에 대한 수요가 기하급수적으로 증가하면서 무선 환경에서 고대역폭의 안정적인 링크를 제공하는 새로운 기술 개발의 필요성이 대두되었습니다. 이러한 성장은 최근 코로나19로 인해 전 세계 수천 개의 학교와 기업이 운영을 온라인으로 전환하면서 더욱 가속화되었습니다. 고속 무선 기술은 연결성 향상이라는 문제를 해결하는 데 있어 점점 더 중요한 요소가 될 것입니다. 이 문제를 해결하기 위해 새롭게 등장하는 5G 및 계획 중인 6G 무선 플랫폼은 광대역에 필요한 초당 1테라비트(^1012비트 ) 데이터 속도를 달성하기 위해 100기가헤르츠(GHz)~1테라헤르츠(THz) 범위의 주파수를 점진적으로 더 많이 사용하게 될 것입니다. 예를 들어, 최근 보고서에서 다음과 같이 언급했습니다: "THz 대역이 차세대 무선 통신인 6G를 위한 약속의 땅이 된 것은 놀라운 일이 아니다."라고 말합니다. [링크]

그림 1: EM 스펙트럼에서 테라헤르츠 영역의 위치

6G 주파수에서 디바이스, 회로, 재료 및 무선 아키텍처를 개발하려면 테라헤르츠 영역에서 작동하고 재료 및 시스템 특성화에 최적화된 테스트 및 측정 장비가 필요합니다. 예를 들면 다음과 같습니다:

• 사무실, 야외, 대형 공연장, 다양한 주변 환경 조건 등 다양한 환경 조건에서 6G 신호의 가시선 및 비가시선 전파를 이해합니다.
• 이러한 환경에서 다양한 물질의 흡수 및 분산을 측정합니다.
• 6G 디바이스 및 회로, 지능형 빔 스티어링 플랫폼 및 6G 아키텍처의 다른 측면에서 재료의 유전체 특성을 특성화합니다.

그림 3: 유전체 메커니즘

벡터 네트워크 분석기(VNA)를 기반으로 하는 기존 측정 시스템은 최대 100 GHz까지만 연속 주파수 커버리지를 제공하며, 그 이후에는 제한된(대역별) 커버리지를 제공합니다. 이러한 시스템은 서로 다른 주파수 대역 간에 연결된 데이터의 위상과 관련된 수량을 측정할 때 오류가 발생하기 쉽습니다. 또한 작은 샘플의 크기와 형상으로 인해 발생하는 오류에 취약합니다. 예를 들어, 정재파의 간섭으로 인해 VNA는 많은 경우 두꺼운(> ~7 mm) 시료의 연구에만 제한됩니다.

TeraView’s 6GSolve system, provides the solution to these challenges. Using time domain measurements that continuously and simultaneously cover frequencies in the ~30 GHz-3 THz band with high dynamic range,  this technology has been successfully used to characterise the propagation properties of 6G signals and the dielectric properties of a wide range of materials.  Moreover, samples as thin as < 100 µm can be characterised using the TeraPulse system.

이 시스템은 투과(_S12) 또는 반사(_S11) 모드에서 유전율의 실수 및 허수 부분과 재료의 손실 탄젠트에 대한 정보를 제공합니다.사무용 재료, 그래핀, ^테프론® 및 다양한 메타 재료를 포함한 다양한 재료의 복잡한 전도도를 비접촉식으로 측정할 수 있습니다.

그림 4: TeraPulse Lx 6GSolve에 사용되는 코어 유닛

테라헤르츠 시스템 상용화 및 개발의 선구자인 TeraView 은 6G 테스트 및 측정 솔루션과 시스템을 제공하는 독보적인 위치에 있습니다. TeraView 은 30년 이상의 6G 주파수 작업 경험을 바탕으로 100개 이상의 동료 검토 출판물을 보유하고 있으며, 지속적인 협력 지원 및 벤처 측면에서 고객에게 제공합니다. TeraView 은 고객 및 협력업체와 직접 협력하여 6G 장치, 시스템 및 아키텍처 개발에 관심을 갖고 있습니다.

6GSolve는 휴대용 모듈식 시스템으로, 30 GHz ~ 3 THz 범위의 자유 공간 테라헤르츠 펄스를 사용하여 테스트 및 측정을 위한 유연성과 확장성을 모두 제공합니다.사용자가 교체할 수 있는 Plug & Play 모듈로 측정을 쉽게 재구성하거나 확장할 수 있습니다.모든 시스템에는 TeraView의 특허 받은 레이저 게이트 광 전도성 이미터 및 리시버와 특허 받은 광학 지연 라인/단일 레이저 시스템이 포함되어 있어 공통 모드 제거를 통해 위상 지터를 최소화합니다.

이 시스템은 넓은 주파수 범위와 전례 없는 안정성을 제공하기 위해 Calmar Laser에서 공급하는 초고속(90 fs) 레이저로 구동됩니다.

이 시스템에는 다양한 어플리케이션에서 현장에서 광범위한 작동 실적을 보유한 TeraView의 TeraPulse 코어 유닛이 포함되어 있습니다. 아래 그림 5와 같이 테스트 대상 디바이스(DUT)에 대해 쉽게 구성할 수 있는 샘플 마운트를 통해 자유 공간에서의 전송(_S12) 및 반사(_S11) 측정이 지원됩니다.

이 시스템은 DUT를 장착하면 바로 _S12 및 _S11 측정을 수행할 수 있도록 설계되었습니다.

그림 5: S12 및 S11 자유 공간 측정을 위한 사용자 구성 가능 모듈

6GSolve 시스템은 다음과 같이 구성됩니다:

• 가볍고 휴대가 간편한 핵심 TeraPulse 장치로, 탁상용 (433 x 450 x 222 mm) 형태로 제공.
• 구성 가능한 투과(예: _S12) 또는 반사(예: _S11) 측정을 위한 원격 헤드(이미터 및 리시버, 코어 유닛에서 최대2.8m까지 위치).
• 투과 및 반사 측정을 위해 이미터 및 리시버 빔 경로를 조작할 수 있는 자유 공간 s-파라미터 모듈
• 복잡한 유전체 및 전도도에 대한 정확한 정보를 반환하도록 최적화된 소프트웨어 패키지
• 0.1 ~ 7 mm 샘플 두께

TeraView 고객이 ^Teflon® 과 관련된 새로운 유형의 플루오로폴리머의 주파수 응답을 특성화하고자 했습니다. 테프론은 컴퓨터 케이블, 스마트 기기, 웨어러블 및 인쇄 회로 기판에 광범위하게 사용되기 때문에 6G의 핵심 소재입니다. 우수한 유전체 특성과 낮은 손실 계수로 초고주파 및 고속 성능을 제공합니다. 고객은 '테프론 소재를 1 THz까지 특성화하고, 주어진 주파수 및 1, 2차 고조파에서 소재를 테스트하기 위한 유전체 테스트 시스템이 필요했다'고 말했습니다. 기존 VNA 시스템에 대해서는 '사용하기가 번거롭고 각 주파수 범위마다 테스트 픽스처를 변경해야 합니다.우리는 픽스처 변경 없이 광범위한 주파수를 처리하는 장비를 원합니다'라고 고객은 말했습니다.

고객은 테라헤르츠 시간 도메인 시스템(TDS)이 테스트 장비를 변경할 필요 없이 지속적인 커버리지를 제공할 수 있는 솔루션이라는 것을 알고 있었기 때문에 TeraView 에 문의했습니다. 타사 VNA와 TeraView 솔루션을 모두 사용하여 테플론 샘플을 통한 전송에 대한 유전 상수 ε'를 주파수에 대해 플롯한 결과가 표시되어 있습니다.

VNA 시스템의 제한된(대역별) 주파수 커버리지와 이 경우 테플론에 결합하기 위해 도파관 구조를 사용해야 하므로 사용 가능한 주파수가 더욱 줄어들기 때문에 VNA 데이터(그래프의 개별 포인트 참조)는 극히 제한적입니다.

반면, TeraView의 기술은 이러한 제한이 없으며 ~ 30 GHz - 3  THz 이상의 데이터를 연속적으로 표시할 수 있습니다. 또한 테스트 장비를 쉽게 구현할 수 있기 때문에 이 접근법은 온도를 포함하여 재료 성능에 영향을 미치는 광범위한 파라미터를 연구하는 데 사용할 수 있습니다. 아래 예에서는 테프론 유전 상수 ε'의 온도 의존성을 보여 주지만 VNA 기반 시스템에서는 이것이 불가능했습니다.

그림 6: 유전 상수 ε'(Du Pont 2015 데이터 포함)